JPH11330164A - 複数の相互接続基板の組立方法 - Google Patents

複数の相互接続基板の組立方法

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JPH11330164A
JPH11330164A JP11064124A JP6412499A JPH11330164A JP H11330164 A JPH11330164 A JP H11330164A JP 11064124 A JP11064124 A JP 11064124A JP 6412499 A JP6412499 A JP 6412499A JP H11330164 A JPH11330164 A JP H11330164A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メッキされた貫通孔を有する両面回路ボード
を相互接続用基板にハンダバンプのアレイを用いて取り
付ける方法を提供する。 【解決手段】 メッキされた貫通孔を高融点ハンダ材料
で充填する。低融点材料のハンダバンプをこの貫通孔の
上に直接形成する。その後、貫通孔を充填した高融点ハ
ンダ材料の溶融温度以下かつハンダバンプの溶融温度以
上の温度でこのハンダバンプを溶融して、２枚の基板を
接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の組立体
に関し、特に複数の相互接続用基板を互いに結合して製
造する際に用いられるハンダによる相互接続構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】プリント回路基板のような相互接続基板
上に電気的接点部品のパッケージとそれらを搭載するハ
ンダバンプによる相互接続構造が、電子部品のデバイス
の製造に幅広く用いられるようになってきている。ここ
で用語「相互接続用基板」とは、例えばエポキシ製ボー
トとセラミックス製基板等の電子デバイスを支持するい
くつかの形態があるが、本明細書においては、プリント
回路基板を一般的な用語としてこのようなサポート部品
として用いる。
【０００３】最新の部品のパッケージは、１枚あるいは
複数枚の両面回路基板を有し、この両面回路基板は、他
の支持用構造体（通常別のプリント回路基板）に結合す
るためのハンダバンプを有している。接点用パッドが、
プリント回路基板を適正に整合するように対応する列状
で両方のプリント回路基板上に形成されている。一方あ
るいは他方の接点用パッド列上の各接点表面には、ボー
ル（球）の形態あるいは局部的に厚くなったハンダ層の
形態でハンダ母材を具備している。
【０００４】組立は、加熱してハンダを溶融し、接点用
パッド列間でハンダ結合を形成することにより行われ
る。このハンダは、さまざまな形態を採る、例えばバン
プ（凸部），ボール（球），パッドあるいは印刷したハ
ンダペースト層を有する厚い層の形態を採る。用語「ハ
ンダバンプ」は、これらのハンダ母材のいずれかを指す
ものとして本明細書で一般的に用いる。
【０００５】両面回路基板は、マルチチップモジュール
あるいはボールグリッドアレイの構成部品の製造に際し
て用いられる標準部品である。この両面基板（ボード）
は、基板に貫通孔をドリルで孔開けして、導電材料
（例、銅）で貫通孔の内面をメッキすることにより形成
された貫通孔接続構造を具備している。接点領域は通常
捕獲パッド（capture pad）と称し、貫通孔の両側に形
成されて回路基板の一側にある回路用ランナーと他側に
ある回路用ランナーとを相互に接続している。この接点
領域は、貫通孔に整合許容誤差が許す程度に近接して整
合し、かつ位置合わせが確実になる程度に貫通孔よりも
遥かに大きく形成されている。
【０００６】この貫通孔部位は、上記した接点領域から
構成され、端部に配列した相互接続系でプリント回路基
板の端部に沿って配置されるか、あるいはある領域に配
列された相互接続構造でプリント回路基板上の部位に配
置されるかのいずれかである。両方の場合において、貫
通孔部位は、基板間のハンダバンプ相互接続用の不可侵
領域である。これはハンダバンプが、ハンダバンプ結合
プロセスの間溶融状態にあるときにハンダが貫通孔にし
み出す傾向があるためである。
【０００７】このしみ出しの問題を回避するために、ハ
ンダバンプの相互接続構造は、貫通孔から横方向にずれ
た位置にあり、そして個々のプリント回路基板の相互接
続構造がハンダバンプと貫通孔との間に具備される。こ
の相互接続の効率は、このような構造では低くなり、さ
らに別のプリント回路特徴に必要とされるボードの領域
が増加することになる。
【０００８】貫通孔とハンダバンプを分離する必要性を
なくすために、貫通孔の一側を例えばハンダマスクで覆
い、そしてハンダバンプを他側に形成することが提案さ
れている。これによりハンダが貫通孔にしみ出すのを阻
止できるが、組立体を加熱する際に貫通孔内に圧力が発
生することになる。この圧力は閉じ込められた領域内に
おいてハンダフラックスの蒸気と空気が膨張することに
起因し、その結果大きなボイド（空房）が形成され、極
端な場合にはハンダバンプが吹き飛ばされてしまう問題
がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、両面
回路基板上の貫通孔にハンダバンプがしみ出すことを回
避し、これにより相互接続領域をより有効に活用し、さ
らにより短い相互接続をを提供し、電気的効率を改善す
る回路基板を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ハンダ
バンプがメッキされた貫通孔の接点に直接形成されてい
るような両面のプリント回路基板を結合する方法とその
ようなハンダバンプを形成する方法を提供することであ
る。ハンダのしみ出しの問題は、本発明の方法によりメ
ッキされた貫通孔にハンダバンプを接合する前に融点の
高いハンダ材料を充填することにより回避できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に従来の両面プリント回路基
板１３がハンダバンプ２６により相互接続用基板２０に
ハンダバンプ接合された状態が示されている。このハン
ダバンプは従来の接点用パッド２５，２７を具備する。
通常貫通孔を有する両面基板は、銅製のプリント回路を
有し、この接点用パッド２５は銅製である。
【００１２】両面プリント回路基板１３はエポキシ１２
により基板の上部表面に接合されたＩＣチップ１１を有
する。このＩＣチップ１１は、基板上のプリント回路部
分１７にワイヤボンド１８により電気的に接続されてい
る。このＩＣチップ１１は、標準のプラスチックカプセ
ル材１９でカプセル化されている。両面プリント回路基
板１３は貫通孔１４を具備し、この貫通孔１４は貫通孔
の内側にメッキ領域１５を有している。このメッキ領域
１５は回路基板の上側にある相互接続部位を回路基板の
下側にある相互接続部位に電気的に接続している。この
相互接続部位は、メッキされた貫通孔の周囲にある接点
用パッド１６を有する。
【００１３】回路部分２１は基板の上側にある。回路部
分は基板の底部にもある（図示せず）。基板の上側にあ
る回路は、ハンダづけプロセスの間ハンダマスク２２に
より保護されている。このメッキ処理された貫通孔１４
は、ＩＣチップ１１を相互接続用基板２０にワイヤボン
ド１８とプリント回路部分１７とメッキされた貫通孔接
点用パッド１６とメッキ領域１５と両面プリント回路基
板１３の下側のプリント回路部分２４と接点用パッド２
５とハンダバンプ２６と接点用パッド２７を介して接続
する。ハンダバンプは、貫通孔の領域から側面方向に意
図的にずらして、ハンダバンプが貫通孔にしみ出すのを
阻止し、ハンダバンプの完全性を維持している。そのた
めプリント回路部分２４がオフセットしたハンダバンプ
２６と貫通孔１４を接続するのに必要である。
【００１４】ハンダバンプをメッキされた貫通孔接点用
パッド１６の上に直接配置する構成が好ましい。この方
法は基板のスペースを削減して、図１のプリント回路部
分２４を取り除くことにより相互接続構造の長さを短く
できる。この好ましい方法と従来用いられた構成との比
較を図２に示す。同図において貫通孔３１はその周囲に
延びる接点用パッド３２を具備している。ハンダバンプ
が接点用パッド３２の上に直接配置されると、必要とさ
れる基板領域は左側の貫通孔で示す長さ「ａ」で表され
る。貫通孔とハンダバンプがずれている要件の場合に
は、ハンダバンプに必要とされる基板領域は寸法「ｂ」
で表される。このずれた相互接続の長さは、約１／２ａ
だけ長い。
【００１５】次に述べる従来の方法により、ハンダバン
プを貫通孔接点に直接接触させるように移動すると図３
に示したような問題が発生する。図３においては、両面
基板４１が基板４２にハンダバンプ４４，４５によりハ
ンダバンプ接合されている。図３のハンダバンプ４５
は、貫通孔４３と同一の場所を占めている。接合プロセ
スの間ハンダが融けると、ハンダのしみ出しの問題が発
生し、ハンダバンプ４５の歪と破壊が起こる。
【００１６】このしみ出しの問題を解決するために、貫
通孔が図４に示すようにカバーされる。ハンダマスク４
６を用いて貫通孔４３をカバーする。その結果ハンダバ
ンプが加熱され、ハンダが融け接合に影響を及ぼすと、
貫通孔内の残留フラックスは、蒸発してその結果「栓を
された状態の」貫通孔４３内に閉じ込められた空気が膨
張し、これがハンダバンプが風船のように膨張した状態
になり、これがさらに進むと図４に示すようにハンダバ
ンプが吹き飛ばされる。
【００１７】この問題を解決するために本発明によれ
ば、貫通孔は図５の５１で示すように高融点ハンダ材料
で完全に栓を（充填）する。これにより図３，４で説明
した問題点を解決し、ハンダバンプと貫通孔の一致した
位置取りが可能となる。
【００１８】本発明は、上記の問題を引き起こした現象
即ちハンダ材料の貫通孔へのしみ出しの現象を利用す
る。本発明はハンダ材料を貫通孔に故意にしみ出させる
が、高融点のハンダ材料の選択がこの問題を解決するカ
ギである。高融点ハンダ材料の部分的なしみ出しは、そ
のハンダ材料が貫通孔のハンダバンプ側からしみ出す場
合には、ある種の利益がある。そのため本発明の技術
は、高融点ハンダ材料を基板のハンダバンプ側に形成す
ることである。
【００１９】これにより貫通孔の部分的な充填が発生す
る場合にも本発明が摘要される。貫通孔内への部分的な
充填のみが行われると、低融点ハンダ材料が、溶融状態
で栓をした状態の高融点ハンダ材料の表面を濡らし、貫
通孔中に充填されていない空の部分から閉じ込められた
空気とフラックスを逃がすということにより吹き飛ばし
が回避できる。
【００２０】しかし、本発明の多くのアプリケーション
においては、貫通孔はハンダの濡れ特性により完全に充
填され、それによりハンダバンプは基板のハンダバンプ
側上の貫通孔の上に配置され、そしてハンダ付けされた
構成要素Ｉ／Ｏパッドが基板の上部表面上の貫通孔の
上、あるいはその極近くに配置される。このようにして
貫通孔の相互接続構造の長さは、基板の厚さ、即ち最適
の相互接続長さにより決定される。本発明を定義するた
めに、メッキされた貫通孔をハンダ材料で充填するステ
ップは、貫通孔の断面部分をブロックし、これは貫通孔
の深さの全部あるいは一部を充填することを含む。
【００２１】ハンダバンプは、例えばボール（球）配置
とハンダペーストの印刷等の適切な技術により形成でき
る。このアプリケーション用の一般的なハンダバンプの
厚さは、５−３０ミル（０．１２２５−０．７３５ｍ
ｍ）の間である。上記のプロセスで用いられたハンダバ
ンプの例は、次の通りである。
【００２２】 ハンダＡ−接合用ハンダ ──────────────────────────────────── 組成 Ｓｎ Ｐｂ Ｂｉ 固相温度℃ 液相温度℃ ──────────────────────────────────── Ｉ ６３ ３７ １８３ １８３ ＩＩ ４２ ５８ １３８ １３８ ＩＩＩ ４３ ４３ １４ １４３ １６３ ────────────────────────────────────
【００２３】 ハンダＢ−貫通孔用ハンダ ──────────────────────────────────── 組成 Ｓｎ Ｐｂ Ａｇ Ｓｂ 固相温度℃ 液相温度℃ ──────────────────────────────────── Ｉ ９５ ５ ２３５ ２４０ ＩＩ ９６．５ ３．５ ２２１ ２２１ ＩＩＩ １０ ９０ ２７５ ３０２ ────────────────────────────────────
【００２４】接合用ハンダの液相点は、貫通孔充填用
（の高融点）ハンダの固相点以下でなければならない。
接合用ハンダの固相温度（固相線温度、凝固温度：soli
dus temperatures）は、充填用ハンダの液相温度（液相
線温度、溶融温度：liquidus temperatures） よりも２
０℃以上好ましくは４０℃以上低い方が好ましい。前掲
の表から分かることは共通の接合用ハンダの液相温度
は、１９０℃以下であることである。表中の高融点組成
は、２２０℃以上の固相温度を有する。一般的に本発明
のためには高融点ハンダは、２００℃以上の固相温度を
有する。
【００２５】この実施例に示した両面ボードは、ボード
内を完全に貫通する貫通孔を有する。貫通孔の相互接続
を複数層のプリント回路基板のレベル間に用い、このこ
とは両面ボードの形態で公知である。本明細書およびク
レーム中では、ここに用いられた両面ボードとは、単一
レベルのボードおよび複数レベルのボードの両方に適用
できる。
【００２６】基板を取り付け相互接続するのに用いられ
るハンダ母材は、一方の基板あるいは両方の基板に形成
することができる。ハンダバンプあるいはハンダボール
は、一方の回路基板に通常形成されるが図５のＢＧＡパ
ッケージにおいては、ハンダ母材は、両面の回路基板に
適用される。
【００２７】貫通孔のハンダの充填は、標準のプリント
ハンダペーストおよびリフロー技術により適用される。
プリントハンダペーストと、リフローを適用する場合に
は、それらは前述したように、基板の底部表面に適用す
るのが好ましい。貫通孔充填ステップは、銅による貫通
孔のメッキを行った後、行うかあるいは低融点接合用ハ
ンダを形成する前の基板の組立体のいかなる時点で行っ
てもよい。
【００２８】本発明は貫通孔の相互接続構造を用いる両
面プリント回路基板構造体のどのような種類にも適用で
きる。貫通孔を基板の製造中、即ち貫通孔を孔開けしメ
ッキした後、高融点ハンダ材料で充填するのが好まし
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】貫通孔と相互接続用ハンダバンプがずれている
両面プリント回路基板の側面図
【図２】従来技術の相互接続と本発明のそれによる寸法
を比較するための図
【図３】本発明によるハンダバンプ接合された両面プリ
ント回路基板を表す側面図
【図４】本発明によるハンダバンプ接合された両面プリ
ント回路基板を表す側面図
【図５】ハンダバンプ接合と貫通孔接続の両方を配置し
て本発明によるボールグリッドアレイのパッケージを示
す側面図
【符号の説明】
１１ ＩＣチップ １２ エポキシ １３ 両面プリント回路基板 １４，３１，４３ 貫通孔 １５ メッキ領域 １６ メッキされた貫通孔接点用パッド １７，２１，２４ プリント回路部分 １８ ワイヤボンド １９ プラスチックカプセル材 ２０ 相互接続用基板 ２２，４６ ハンダマスク ２５，２７，３２ 接点用パッド ２６，４４，４５ ハンダバンプ ４１ 両面基板 ４２ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 キング リエン タイ アメリカ合衆国，07922 ニュージャージ ー，バークレイ ハイツ，ハイランド サ ークル 95

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メッキされた貫通孔を具備する両面回路
    基板を少なくとも１枚有する複数の相互接続用基板を組
    み立てる方法において、 （ａ）第１ハンダ材料を前記相互接続用基板の少なくと
    も一方の基板に形成するステップと、 （ｂ）前記貫通孔を第２ハンダ材料で充填するステップ
    と、 （ｃ）前記第１ハンダ材料を、前記第２ハンダ材料の固
    相点以下の温度で溶融することにより、前記相互接続用
    基板を接合するステップと、 を有し、 前記第２ハンダ材料は、前記第１ハンダ材料の液相点よ
    りも２０℃以上高い固相点を有することを特徴とする複
    数の相互接続用基板の組立方法。
  2. 【請求項２】 前記相互接続用基板は、ハンダバンプを
    用いて接合されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 両面回路基板を相互接続用基板に接着す
    る方法において、 前記両面回路基板は、 その上部表面上の回路に接続された同じく上部表面上の
    第１の相互接続部位と、 その底部側上の第２の相互接続部位と、 前記第１の相互接続部位を第２の相互接続部位に接続す
    る前記両面回路基板に開けられたメッキされた貫通孔
    と、 を有し、 （ａ）前記メッキされた貫通孔を第１のハンダ材料で充
    填するステップと、 （ｂ）前記両面回路基板を相互接続用基板に第２ハンダ
    材料のハンダバンプの列を用いて取り付けるステップ
    と、 を有し、前記ハンダバンプのアレイは、前記両面回路基
    板の第２の相互接続部位に取り付けられ、 前記第１ハンダ材料の固相温度は、前記第２ハンダ材料
    の液相温度よりも２０℃以上高いことを特徴とする両面
    回路ボードを相互接続用基板に取り付ける方法。
  4. 【請求項４】 前記（ａ）のステップは、前記第１ハン
    ダ材料を前記両面回路ボードの底部側に形成するステッ
    プを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 相互接続用基板にハンダバンプのアレイ
    で取り付けられた両面回路ボードを有する相互接続組立
    体において、 前記両面回路基板は、 その上部表面上の回路に接続された同じく上部表面上の
    第１の相互接続部位と、 その底部側上の第２の相互接続部位と、 前記第１の相互接続部位を第２の相互接続部位に接続す
    る前記両面回路基板に開けられたメッキされた貫通孔
    と、 を有し、 前記貫通孔は、第１ハンダ材料で充填され、 前記ハンダバンプのアレイの１つは前記回路基板の第２
    相互接続部位に取り付けられることを特徴とする相互接
    続組立体。
  6. 【請求項６】 前記第１ハンダ材料の固相温度は、前記
    第２相互接続部位に取り付けられたハンダバンプの液相
    温度よりも２０℃以上高いことを特徴とする請求項５記
    載の組立体。
  7. 【請求項７】 前記第１相互接続部位は、前記両面回路
    基板の上部側の回路のＩ／Ｏパッドであることを特徴と
    する請求項６記載の組立体。
  8. 【請求項８】 両面回路ボードを有する相互接続組立体
    において、 前記両面回路基板は、 その上部表面上の第１の相互接続部位と、 その底部側上の第２の相互接続部位と、 前記第１の相互接続部位を第２の相互接続部位に接続す
    る前記両面回路基板に開けられたメッキされた貫通孔
    と、 を有し、 前記メッキされた貫通孔は、２００℃以上の固相温度を
    有するハンダ材料で充填されることを特徴とする相互接
    続組立体。
  9. 【請求項９】 前記第１相互接続部位は、前記両面回路
    基板の上部側の回路のＩ／Ｏパッドであることを特徴と
    する請求項８記載の組立体。
  10. 【請求項１０】 両面回路ボードを有する相互接続組立
    体において、 前記両面回路基板は、 その上部表面上の第１の相互接続部位と、 その底部側上の第２の相互接続部位と、 前記第１の相互接続部位を第２の相互接続部位に接続す
    る前記両面回路基板に開けられたメッキされた貫通孔
    と、 前記両面回路ボードの底部側に取り付けられたハンダバ
    ンプのアレイと、 を有し、 前記ハンダバンプは、第１ハンダ材料を有し、 前記メッキされた貫通孔は、第２ハンダ材料で充填さ
    れ、 前記第２ハンダ材料の固相温度は、前記第１ハンダ材料
    の液相温度よりも２０℃以上高いことを特徴とする相互
    接続組立体。
  11. 【請求項１１】 前記第１相互接続部位は、前記両面回
    路基板の上部側の回路のＩ／Ｏパッドであることを特徴
    とする請求項１０記載の組立体。
  12. 【請求項１２】 前記第１ハンダ材料の液相温度は、１
    ９０℃以下であることを特徴とする請求項１０記載の組
    立体。
  13. 【請求項１３】 前記第２ハンダ材料の固相温度は、２
    ２０℃以上であることを特徴とする請求項１２記載の組
    立体。
  14. 【請求項１４】 前記ハンダバンプは、ハンダボールで
    あり、前記相互接続組立体は、ボールグリッドアレイで
    あることを特徴とする請求項１０記載の組立体。
  15. 【請求項１５】 前記ハンダバンプは、前記両面回路ボ
    ードにハンダパッドで固着されることを特徴とする請求
    項１０記載の組立体。
  16. 【請求項１６】 前記ハンダパッドは、前記メッキされ
    た貫通孔に配置されることを特徴とする請求項１５記載
    の組立体。
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